浅谈电动汽车动力电池系统

修玲玲

(辽宁省交通高等专科学校 汽车工程系，辽宁 沈阳110122)

随着全球石油短缺、环境污染等问题日趋加剧，新能源电动汽车的保有量越来越大.我国新能源汽车的产业创新能力、技术水平也在不断提升，政策环境、产业布局逐步优化，开放性和良性发展的产业生态逐步形成，电动汽车的市场占有量会越来越大，而电动汽车动力电池的性能对车辆的续航里程、行驶动力性能起着决定性的作用。[1]无论是汽车类专业的学生还是电动汽车车主，都应该对电动汽车电池系统有一定的了解。

1 电动汽车动力电池的特点

电动汽车的动力电池不同于普通内燃机的低压蓄电池，电动汽车的动力电池是高压蓄电池，电压一般为100-400V，输出电流能达到300A，是电动汽车的心脏，用于向电动汽车的动力电子单元直接供电。动力电池的容量，直接决定着电动汽车的续航里程，同时也直接影响本身的充电时间和充电效率。动力电池系统属于电动汽车的高压部件，图1 为电动汽车整车高压电路原理图。

图1 电动汽车高压电路原理图

2 常用的电动汽车动力电池的类型

目前常用的汽车动力电池有镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池。

镍氢是目前电动汽领域商用化的主流，很多混合动力汽车都用此类电池，比如丰田普锐斯。但镍氢电池依然存在一些不足，使其应用受到限制，比如电池的高温性能、储存性能、循环寿命、热管理等，都有待进一步提高。镍镉电池，是一种碱性电池，它的优点是可以快速充电，循环使用寿命较长，可达到2000 多次。但由于有重金属镉，在使用时必须注重回收工作，以免对环境造成污染。锂离子电池，内部结构使用的锂化合物。锂离子电池体积小、能量高、质量轻，无污染。电动汽车上用的锂离子电池有锰酸锂电池，以日常的聆风车型为例；三元锂电池，最典型的应用是特斯拉的Model S；磷酸铁锂电池，比亚迪生产的，比亚迪的电动汽车主要用这种电池。目前，磷酸铁锂电池和三元锂电池在国内外电动车上应用的最多。

3 电动汽车动力电池管理系统

电动汽车上的动力电池一般称为电池包，是由很多块动力电池经串联和并联，组成多个动力电池组，然后再组装在一起形成电池包。纯电动汽车的动力电池容量较大，一般安装在车辆的下部。为了保证电动汽车的安全、保证电动汽车动力电池系统能够正常使用，动力电池的工作需要有动力电池管理系统，简称BMS，其功能如图2 所示。

图2 电池管理系统BMS 功能

BMS 具有各种警告和保护的功能，能够对电池包的各个电池组甚至单体电池进行电流、电压、容量等的数据采集；能够对电池的状态（SOC）进行估计；能够对充电过程和放电过程进行监控和管理；能够进行安全管理，防止电池过度充电或放电而导致热失控；能够对电池系统进行热管理，保证各个单体电池温度均衡。BMS 还必须通过CAN 总线等网络与车载设备和非车载设备进行信息通信和数据交换。BMS 具有飞机上的“黑匣子”的功能，可以对动力电池的历史故障进行存储，有利于对故障的分析。BMS 参与整车的检测工作，检测每一个单体电池的工作状态，并将检测数据告诉充电机，以保证充电的时候不过充、保证电池的性能。BMS 有一个很重要的功能，就是对动力电池的均衡功能，如果某个单体电池的性能与其他单体电池有很大偏差，均衡功能起动，对电池性能进行均衡，保证系统的正常工作。BMS 还能够与车辆检测仪器进行通信，以诊断故障，方便对车辆进行维修。

4 电动汽车动力电池的维修开关

电动汽车的动力电池系统是高压电系统，触电是人民最担心的问题。为了保证电动汽车维修人员的安全，动力电池组安装有高压维修开关，当需要对动力电池系统进行开箱维修时，必须先拔下维修开关才能打开箱盖。

5 电动汽车动力电池系统常见故障

电动汽车动力电池系统故障分为三大类，一类是动力电池本身的故障，一类是动力电池管理系统BMS 的故障，还有一类是线路及连接件的故障。

5.1 动力电池本身故障

电动汽车动力电池本身的故障一方面是动力电池出厂时就存在的问题，比如动力电池各单体电池之间的不一致性问题，这有可能是电池生产技术的问题，也有可能是检测技术的不到位。[2]另一方面是动力电池在使用过程中出现的故障，比如使用时导致的不一致性，还有使用过程中电池容量快速下降等。

5.2 动力电池管理系统BMS 故障

动力电池管理系统BMS 的故障主要有CAN-BUS 的故障、电压故障、温度采集故障、绝缘故障、充电故障等。CAN-BUS 出现故障，会导致动力电池管理系统BMS 无法与车载设备和控制单元等进行信息通信，CAN-BUS 故障可能是CAN-BUS 的CAN-H 或CAN-L 线出现断路，亦或是对电源或搭铁短路，或者是控制单元的CAN 控制器、收发器故障等。电压故障常见的是BMS 无法对动力电池的电压进行采集，这类故障除了是电池本身损坏，很有可能是电压采集电路出现故障、比如电压采集电路的电源故障、采集端子故障或者采集线路保险故障等。温度采集一旦出现故障，会导致BMS 无法准确采集到电池组或单体电池的温度，电池的冷却系统就会失去工作的依据，很容易导致动力电池系统过热。这类故障比较常见的原因是温度传感器损坏或温度传感器的连接线断路，从而无法检测动力电池温度。也有可能是BMS 的温度采集电路出现故障，这就需要对模块进行维修或者更换。绝缘故障是指高压线路与车体、电压采集线与电池箱体等本应该绝缘的地方出现短路，从而导致漏电的发生。绝缘故障是非常危险的，要经常对线路插接器等进行检查、对动力电池箱体进行清理和干燥处理等。充电故障，比如BMS 的预充电发生故障，导致这类故障的原因可能是预充继电器出现故障或者预充电电路出现故障等。

5.3 动力电池线路及连接件的故障

动力电池是由很多电池串联和并联连接而成，如果在行驶过程中连接螺栓松动，电池间的电阻就会增大，电池内部损耗就会增加，从而影响动力电池的续航里程。比较极端的情况，有可能引起高温、产生电弧，甚至造成蓄电池着火等安全事件。另外，动力电池箱体与电动汽车的线路插接器在长时间使用后容易虚接、烧蚀、接触不良，这些故障都要尽早发现、尽早处理。

6 结论

电动汽车已经成为汽车产业的发展趋势，汽车类学生和汽车维修人员应该对电动汽车动力电池的类型、电池管理系统和常见故障等进行学习和了解。